高中生物 探究導(dǎo)學(xué)課型 專題1 基因工程 1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具同課異構(gòu)課件 新人教版選修3.ppt

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專題1 基因工程 1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具,探究1 基因工程的概念、理論基礎(chǔ)及技術(shù)支持 【研讀教材自主認(rèn)知】 1.基因工程的概念: (1)技術(shù):____________和_______等技術(shù)。 (2)目的:創(chuàng)造出更符合人們需要的_____________和生物產(chǎn)品。 (3)設(shè)計(jì)和施工水平:____________。,體外DNA重組,轉(zhuǎn)基因,新的生物類型,DNA分子水平,2.基因工程的理論基礎(chǔ)及技術(shù)支持(連線):,,,,,,,,,【合作探究核心歸納】 1.基因工程概念的理解: (1)基因工程操作導(dǎo)致的基因重組與有性生殖中的基因重組的主要區(qū)別是什么? 提示:①有性生殖中的基因重組是隨機(jī)的,并且只能在同一物種間進(jìn)行;②基因工程可以在不同物種間進(jìn)行重組,并且方向性強(qiáng),可以定向地改變生物的性狀。 (2)基因工程中的DNA重組過程在哪里進(jìn)行操作?屬于哪一水平? 提示:在體外進(jìn)行;屬于DNA分子水平。,2.基因工程理論基礎(chǔ): (1)不同生物的DNA分子能拼接起來的原因是什么? 提示:①DNA分子的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸;②雙鏈DNA分子 的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu);③所有生物DNA堿基對(duì)均遵循嚴(yán)格 的“堿基互補(bǔ)配對(duì)原則”。 (2)外源基因能夠在受體內(nèi)表達(dá),并使受體表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀,為什么? 提示:①基因是控制生物體性狀的結(jié)構(gòu)和功能單位,具有相對(duì)獨(dú)立性; ②遺傳信息的傳遞都遵循中心法則;③生物界共用一套遺傳密碼。,【過關(guān)小練即時(shí)應(yīng)用】 1.科學(xué)家們經(jīng)過多年努力,創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)——基因工程,實(shí)施該工程的最終目的是 ( ) A.定向提取生物體的DNA分子 B.定向地對(duì)DNA分子進(jìn)行“剪切” C.在生物體外對(duì)DNA分子進(jìn)行改造 D.定向地改造生物的遺傳性狀 【解析】選D?；蚬こ棠馨凑杖藗兊囊庠竿ㄟ^相關(guān)技術(shù)操作賦予生物以新的遺傳特性。,2.(2015南通高一檢測(cè))某科研小組將人的生長(zhǎng)抑制素釋放因子的基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌,并獲得表達(dá),此文中的“表達(dá)”是指該基因在大腸桿菌內(nèi) ( ) A.能進(jìn)行DNA復(fù)制 B.能傳遞給細(xì)菌后代 C.能合成生長(zhǎng)抑制素釋放因子 D.能合成人的生長(zhǎng)激素 【解析】選C?；虻谋磉_(dá)就是基因通過轉(zhuǎn)錄、翻譯合成基因決定的蛋白質(zhì),從而使生物體表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀。,探究2 基因工程操作的兩種工具酶 【研讀教材自主認(rèn)知】 1.限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”:,原核生物,4 000,特定核苷酸序列,特定部位,磷酸二酯鍵,黏性末端,2.DNA連接酶——“分子縫合針”: (1)作用:縫合雙鏈DNA片段,恢復(fù)兩個(gè)核苷酸之間的___________。 (2)種類(連線):,磷酸二酯鍵,,,,,,【小判斷】 (1)基因工程中限制酶的作用是識(shí)別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列, 并切割DNA雙鏈。 ( ) 【分析】限制酶能夠識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列,并在特定位點(diǎn)切割 DNA分子。 (2)限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別序列只能是GAATTC。 ( ) 【分析】限制性核酸內(nèi)切酶的種類有數(shù)千種,不同的限制性核酸內(nèi)切 酶識(shí)別和切割特定的核苷酸序列。,√,,(3)用限制性核酸內(nèi)切酶可以切割煙草花葉病毒的核酸。 ( ) 【分析】煙草花葉病毒的核酸是RNA,而限制性核酸內(nèi)切酶切割的是 DNA。 (4)DNA連接酶只能連接兩個(gè)末端具有互補(bǔ)堿基的DNA分子片段。 ( ) 【分析】DNA連接酶既能連接具有互補(bǔ)堿基的黏性末端,也能連接沒有 互補(bǔ)堿基的平末端。,,,【合作探究核心歸納】 1.限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點(diǎn): 分析下圖,回答問題,(1)限制性核酸內(nèi)切酶的“限制性”表現(xiàn)在什么地方?請(qǐng)舉例說明。 提示:表現(xiàn)在兩方面。①限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別DNA分子上特定的脫氧核苷酸序列;②只能在識(shí)別序列上特定的兩個(gè)脫氧核苷酸之間進(jìn)行切割,如EcoRⅠ只能識(shí)別GAATTC序列,且只切割G-A之間的磷酸二酯鍵。,(2)在切割含目的基因的DNA分子時(shí)限制性核酸內(nèi)切酶要切割幾個(gè)磷酸二酯鍵?為什么? 提示:4個(gè)。DNA分子為雙鏈,且目的基因兩端均含有限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)。 (3)所有的限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別的脫氧核苷酸序列、切割位點(diǎn)相同嗎?為什么? 提示:不相同。限制性核酸內(nèi)切酶是一類酶而不是一種酶,不同種類的限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別的序列和切割的位點(diǎn)不同,這與酶的專一性有關(guān)。,2.DNA連接酶的作用及特點(diǎn): (1)DNA連接酶和限制性核酸內(nèi)切酶的作用是否相同?作用部位呢? 提示:作用不同,但是作用部位相同。限制性核酸內(nèi)切酶是斷裂磷酸二酯鍵,形成DNA片段;DNA連接酶是形成磷酸二酯鍵,連接DNA片段。 (2)DNA連接酶和DNA聚合酶均能形成磷酸二酯鍵,二者的作用對(duì)象相同嗎?為什么? 提示:不相同。DNA連接酶是將兩個(gè)DNA片段連接起來,而DNA聚合酶是將單個(gè)的脫氧核苷酸加到已有的DNA片段上。,【歸納總結(jié)】DNA連接酶和DNA聚合酶的異同點(diǎn),【過關(guān)小練即時(shí)應(yīng)用】 1.(2015黃岡高二檢測(cè))如下圖所示,兩個(gè)核酸片段在適宜條件下,經(jīng)X酶的催化作用,發(fā)生下述變化,則X酶是 ( ) A.DNA連接酶 B.RNA聚合酶 C.DNA聚合酶 D.限制性核酸內(nèi)切酶,【解題指南】解答本題需理解以下兩點(diǎn): (1)正確區(qū)分限制性核酸內(nèi)切酶與DNA連接酶的作用特點(diǎn)。 (2)正確區(qū)分DNA聚合酶和RNA聚合酶的作用。 【解析】選A。DNA連接酶的作用是將兩個(gè)黏性末端連接在一起;RNA聚合酶是在RNA復(fù)制或轉(zhuǎn)錄過程中,把核糖核苷酸連接在一起;DNA聚合酶是在DNA復(fù)制過程中催化脫氧核苷酸的聚合反應(yīng);限制性核酸內(nèi)切酶是識(shí)別和切割DNA分子內(nèi)的特定核苷酸序列,切割結(jié)果得到黏性末端或平末端。,【互動(dòng)探究】 (1)若上題中的圖改為下圖,則X酶應(yīng)對(duì)應(yīng)哪個(gè)選項(xiàng)? 提示:D項(xiàng)。將一個(gè)DNA分子切割成兩部分,這是限制性核酸內(nèi)切酶的作用。,(2)根據(jù)圖中的片段,寫出對(duì)應(yīng)的限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別怎樣的序列。 提示:所識(shí)別的堿基序列為GAATTC。,2.(2015菏澤高二檢測(cè))下列關(guān)于DNA連接酶和DNA聚合酶的敘述中,正確的是 ( ) A.兩者催化同一種化學(xué)鍵的形成 B.兩者催化同一種化學(xué)鍵的斷裂 C.兩者都參與目的基因與載體的結(jié)合 D.兩者都參與遺傳信息的表達(dá),【解題指南】解答本題關(guān)鍵的兩點(diǎn): (1)明確兩種酶都是連接形成磷酸二酯鍵。 (2)兩種酶的作用對(duì)象不同,一種作用于DNA片段,一種作用于單個(gè)的脫氧核苷酸。 【解析】選A。DNA連接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯鍵;在基因工程中目的基因和載體是兩個(gè)DNA片段,要用DNA連接酶連接;兩者都不參與遺傳信息表達(dá)中的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】下列有關(guān)基因工程中限制性核酸內(nèi)切酶的描述,不正確的是 ( ) A.一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別一種特定的脫氧核苷酸序列 B.限制性核酸內(nèi)切酶的活性受溫度影響 C.限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別和切割RNA D.限制性核酸內(nèi)切酶可從原核生物中提取 【解題指南】解答本題關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè): (1)限制性核酸內(nèi)切酶活性受溫度和pH的影響。 (2)限制性核酸內(nèi)切酶切割的是DNA分子。,【解析】選C。原核生物體內(nèi)有能識(shí)別并切割特定雙鏈DNA序列的一種核酸內(nèi)切酶,它是一種可以將外來的DNA切斷的酶,即能夠限制異源DNA的侵入并使之失去活力,但對(duì)自己的DNA卻無損害作用,這樣可以保護(hù)細(xì)胞原有的遺傳信息。由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進(jìn)行的,故叫限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶)。限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列并在特定位點(diǎn)切割DNA分子,不能識(shí)別和切割RNA分子。酶活性受溫度影響。,探究3 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 【研讀教材自主認(rèn)知】,3.作用結(jié)果:攜帶_________進(jìn)入受體細(xì)胞,環(huán)狀DNA,λ噬菌體,限制酶切割位點(diǎn),標(biāo)記基因,自我復(fù)制,外源基因,【合作探究核心歸納】 1.載體的本質(zhì)和作用: (1)將外源基因直接導(dǎo)入受體細(xì)胞可行嗎?為什么? 提示:不可行。直接把外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞,外源基因在細(xì)胞內(nèi)不能進(jìn)行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和穩(wěn)定保存。 (2)質(zhì)粒作為目的基因的載體,其本質(zhì)是什么?它的存在具有什么特點(diǎn)? 提示:質(zhì)粒本質(zhì)是DNA;是裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核之外的很小的環(huán)狀DNA分子。,2.載體的組成: 分析質(zhì)粒載體結(jié)構(gòu)模式圖,回答下列問題:,(1)質(zhì)粒上抗生素抗性基因有什么作用? 提示:作為標(biāo)記基因,供重組DNA的鑒定和選擇。 (2)作為基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體,要求必須對(duì)受體細(xì)胞無害,為什么? 提示:載體如果對(duì)受體細(xì)胞有害,其一旦被導(dǎo)入受體細(xì)胞,就會(huì)影響受 體細(xì)胞的生命活動(dòng),甚至破壞受體的生命活動(dòng)。 (3)為使外源基因插入質(zhì)粒中,質(zhì)粒需具備什么條件? 提示:質(zhì)粒應(yīng)有一個(gè)至多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點(diǎn),供外源基因 插入其中。,【精講精析】 天然的質(zhì)粒DNA分子一般不能直接用作基因工程的載體,需要進(jìn)行改造才能使用。,【歸納總結(jié)】作為載體必須具備的四個(gè)條件 (1)必須有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)。 (2)必須具備自我復(fù)制的能力。 (3)必須有標(biāo)記基因。 (4)必須是安全的,不會(huì)對(duì)受體細(xì)胞有害,或不能進(jìn)入受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中。,【過關(guān)小練即時(shí)應(yīng)用】 1.下列有關(guān)質(zhì)粒的敘述,正確的是 ( ) A.質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子 B.質(zhì)粒是廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種顆粒狀細(xì)胞器 C.質(zhì)粒攜帶了外源基因進(jìn)入受體細(xì)胞后,只能停留在該細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立復(fù)制 D.在進(jìn)行基因工程操作中,被用作載體的質(zhì)粒都是天然質(zhì)粒,【解題指南】解答本題注意以下關(guān)鍵點(diǎn): (1)質(zhì)粒主要來源于細(xì)菌,是獨(dú)立于擬核之外的小型環(huán)狀DNA。 (2)質(zhì)粒作為常用的載體,具備作為載體需要的條件。 【解析】選A。質(zhì)粒是一種可以自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子,但不是細(xì)胞器,主要存在于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi);有些質(zhì)粒可以將它攜帶的基因整合到受體細(xì)胞染色體DNA上;在基因工程中被用作載體的質(zhì)粒都是經(jīng)過加工的。,2.(2015廣州高二檢測(cè))下表中列出了幾種限制酶識(shí)別序列及其切割位點(diǎn),圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的切割位點(diǎn)。下列說法正確的是 ( ),A.一個(gè)圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后,分別含有1、2個(gè)游離的磷酸基團(tuán) B.若對(duì)圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造,插入的SmaⅠ酶切位點(diǎn)越多,質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越低 C.與只使用EcoRⅠ相比較,使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)處理質(zhì)粒和外源DNA的優(yōu)點(diǎn)在于可以防止質(zhì)粒和含目的基因的DNA自身環(huán)化 D.為了獲取重組質(zhì)粒,將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合,需加入DNA聚合酶,【解題指南】仔細(xì)辨析不同限制酶的識(shí)別序列,并分析這些序列在質(zhì)粒和外源DNA上的位置,分析切割可能帶來的各種因素。明確DNA自身環(huán)化的原因。,【解析】選C。該質(zhì)粒為環(huán)狀DNA,經(jīng)SmaⅠ切割前,不含有游離的磷酸基團(tuán),經(jīng)SmaⅠ切割后形成平末端,含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán),故A項(xiàng)錯(cuò)誤;SmaⅠ識(shí)別的是CCCGGG序列,在C與G之間切割,SmaⅠ酶切位點(diǎn)越多,也就是C-G堿基對(duì)越多,質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越高,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;用同一種限制酶處理質(zhì)粒和外源DNA,在用DNA連接酶連接時(shí),往往會(huì)有三種連接形式,即目的基因—質(zhì)粒、目的基因—目的基因(環(huán)化)、質(zhì)粒-質(zhì)粒(環(huán)化),后兩種是我們不需要的,因而要進(jìn)行篩選,用兩種限制酶處理質(zhì)粒和外源DNA,因形成的末端不同,可避免上述情況的發(fā)生,故C正確;連接質(zhì)粒與目的基因的工具酶是DNA連接酶,故D錯(cuò)誤。,【互動(dòng)探究】本題中不能用EcoRⅠ和BamHⅠ或EcoRⅠ和HindⅢ2種限制酶分別處理質(zhì)粒和外源DNA,為什么? 提示:如用EcoRⅠ和BamHⅠ2種限制酶處理或用EcoRⅠ和HindⅢ2種限制酶處理外源DNA可得到多個(gè)DNA片段,其中還有不含有目的基因的,需要進(jìn)行篩選。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】下列哪項(xiàng)不是基因工程中經(jīng)常用來運(yùn)載目的基因的載體 ( ) A.細(xì)菌質(zhì)粒 B.噬菌體 C.動(dòng)植物病毒 D.細(xì)菌核區(qū)的DNA 【解析】選D?；蚬こ讨谐Ｓ玫妮d體為細(xì)菌質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物 病毒;細(xì)菌核區(qū)DNA分子太大,并且含有太多基因,不宜用作載體。,